JP2004084538A - コモンレール式燃料噴射システム - Google Patents
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Abstract
【課題】コモンレール圧が低下すると、コモンレール圧センサによってコモンレール圧の低下を検出する。しかし、コモンレール圧の低下の原因が判断できないため、サプライポンプの圧送異常が原因であっても、燃料漏れの可能性を考慮して燃料漏れと誤判断する可能性がある。
【解決手段】ECU5は、サプライポンプ4の運転中、コモンレール圧センサ45によってコモンレール圧をモニターし、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 との差圧が、所定値を上回る時に圧送異常を検出する。圧送異常が検出されると、ECU5は、警告ランプを点灯させるとともに、インジェクタ3の最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御を行う。このように、燃料漏れと誤判断する不具合がなく、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【選択図】 図1
【解決手段】ECU5は、サプライポンプ4の運転中、コモンレール圧センサ45によってコモンレール圧をモニターし、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 との差圧が、所定値を上回る時に圧送異常を検出する。圧送異常が検出されると、ECU5は、警告ランプを点灯させるとともに、インジェクタ3の最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御を行う。このように、燃料漏れと誤判断する不具合がなく、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールに高圧燃料を圧送する燃料圧送系を複数有するサプライポンプを搭載したコモンレール式燃料噴射システムに関する。
なお、本発明で言うところの燃料圧送系とは、サプライポンプにおいて燃料圧送手段(高圧ポンプ)を複数有し、サプライポンプにおいてその複数の燃料圧送手段のそれぞれに燃料を分岐して供給する部分から、複数の燃料圧送手段で圧送された燃料を合流するまでの機能的部位および燃料通路を指すものである。
【0002】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射システムは、サプライポンプからコモンレールに高圧燃料を供給し、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタから噴射する構成となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
コモンレール式燃料噴射システムに故障が発生してコモンレール圧が低下すると、インジェクタの噴射圧が低下して内燃機関の燃焼状態が悪化するため、スモーク発生の原因となる。
コモンレール圧は、コモンレール圧センサによってモニターされているため、コモンレール圧の低下は検出することができる。しかし、コモンレール圧の低下の原因が判断できないため、燃料漏れの可能性を考慮して燃料漏れ時に対応した制御を行う。
つまり、サプライポンプに搭載された複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生し、異常発生の表示のみで走行可能な場合や、最大噴射量をガードする制御で走行可能な場合であっても、燃料漏れと誤判断し、燃料漏れに対応した制御(走行停止、リンプモ−ド走行等)を実施する可能性がある。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サプライポンプに搭載された複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生した場合においてその異常を検出することができ、燃料漏れと誤判断することのないコモンレール式燃料噴射システムの提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1の手段〕
請求項1の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、コモンレール圧検出手段を用い検出する複数の燃料圧送系における各圧送完了時のコモンレール圧の差圧が所定値を上回る時に、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出する。
このため、燃料漏れと誤判断する不具合がなく、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【0006】
〔請求項2の手段〕
請求項2の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、乗員に燃料圧送系に異常が発生した旨の表示を行う表示手段を作動させる。
これによって、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生してコモンレール圧が低下した状態の時に、燃料漏れではなく、燃料圧送系に圧送異常が生じたことを乗員が知ることができる。
【0007】
〔請求項3の手段〕
請求項3の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、インジェクタの最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御を行う。
これによって、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生してコモンレール圧が低下した状態の時に、内燃機関に噴射される最大噴射量が抑えられることとなり、スモークの発生を抑制できる。
【0008】
〔請求項4の手段〕
請求項4の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出を、エンジン回転数パルスに基づいて行うものである。
【0009】
〔請求項5の手段〕
請求項5の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出を、電磁調量弁の開弁を行う駆動パルスに基づいて行うものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
[実施例の構成]
実施例を図1〜図4を参照して説明する。まず、コモンレール式燃料噴射システムの構成を図1を参照して説明する。
【0011】
コモンレール式燃料噴射システムは、例えばディーゼルエンジン(以下、エンジン)1に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール2、インジェクタ3、サプライポンプ4、ECU5(エンジンコントロールユニットの略)等から構成される。
【0012】
コモンレール2は、インジェクタ3に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように燃料配管(高圧燃料流路)6を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ4の吐出口と接続されている。
なお、インジェクタ3からのリーク燃料は、リーク配管(燃料還流路)7を経て燃料タンク8に戻される。
また、コモンレール2から燃料タンク8へのリリーフ配管(燃料還流路)9には、プレッシャリミッタ11が取り付けられている。このプレッシャリミッタ11は圧力安全弁であり、コモンレール2内の燃料圧が限界設定圧を越えた際に開弁して、コモンレール2の燃料圧を限界設定圧以下に抑える。
【0013】
インジェクタ3は、エンジン1の各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール2より分岐する複数の分岐管の下流端に接続されて、コモンレール2に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行う電磁弁等を搭載する。
そして、インジェクタ3の電磁弁は、ECU5から与えられる駆動電流によって噴射タイミングおよび噴射量が制御されるものであり、電磁弁の通電(ON)により高圧燃料を気筒内に噴射供給し、電磁弁の通電停止(OFF )により燃料噴射を停止するものである。
【0014】
サプライポンプ4を図2を参照して説明する。
このサプライポンプ4は、コモンレール2へ高圧燃料を圧送する燃料圧送系を2系統搭載する複数圧送タイプの燃料ポンプであり、フィードポンプ12(図中では90°展開した状態で開示される)、レギュレータバルブ13、および第1、第2燃料圧送系を備える。
この実施例の第1、第2燃料圧送系は、それぞれに第1、第2電磁調量弁(以下、第1、第2SCV)15a、15b、第1、第2吸入弁16a、16b、第1、第2プランジャポンプ17a、17b、第1、第2吐出弁18a、18bを備える。
【0015】
フィードポンプ12は、燃料タンク8から燃料を吸引して第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ送る低圧供給ポンプであり、カムシャフト19によって回転駆動されるベーンポンプによって構成される。このフィードポンプ12が駆動されると、燃料入口21から吸引されてフィルタ22を通過した燃料が第1、第2SCV15a、15bおよび第1、第2吸入弁16a、16bを介して第1、第2プランジャポンプ17a、17bに供給される。
なお、カムシャフト19はポンプ駆動軸であり、図1に示されるように、エンジン1のクランク軸23によって回転駆動されるものである。
【0016】
レギュレータバルブ13は、フィードポンプ12の吐出側と供給側とを連通する燃料流路24に配置されて、フィードポンプ12の吐出圧が所定圧に上昇すると開弁して、フィードポンプ12の吐出圧が所定圧を越えないようにするものである。
【0017】
第1、第2SCV15a、15bは、フィードポンプ12から第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ燃料を導く第1、第2燃料通路25a、25bに配置されて、第1、第2プランジャポンプ17a、17bの第1、第2加圧室26a、26b(第1、第2プランジャ室)に吸入される燃料の吸入量を調整して、第1、第2プランジャポンプ17a、17bの圧送する燃料の吐出量を調整し、コモンレール圧を変更および調整するものである。
【0018】
この第1、第2SCV15a、15bは、フィードポンプ12から第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ燃料を導く流路の開度を変更する第1、第2バルブ27a、27bと、ECU5から与えられる駆動電流によって第1、第2バルブ27a、27bの弁開度を調整するための第1、第2リニヤソレノイド28a、28bとを有するものであり、この実施例では第1、第2リニヤソレノイド28a、28bが通電されると弁開度が全開状態(第1、第2加圧室26a、26bへ燃料が吸引される状態)となるノーマリクローズタイプのものを採用している。第1、第2SCV15a、15bの具体的なON−OFF動作を、図3に示す。
【0019】
第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、第1、第2SCV15a、15bから供給された燃料を高圧に圧縮して吐出する対向ストローク型の高圧ポンプであり、第1プランジャポンプ17aと第2プランジャポンプ17bとが交互に燃料の圧送を行うものである。
この第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、カムシャフト19によって回転駆動される略円筒形状を呈した筒状カム31と、この筒状カム31の内周面に形成された拡径と縮径を連続的に繰り返すカム面に押し付けられて往復駆動される第1、第2プランジャ32a、32bとを備える。
【0020】
筒状カム31の内周面に形成されたカム面は、筒状カム31が1回転することで第1、第2プランジャ32a、32bを2往復させるものであり、クランク軸23の1回転に対してカムシャフト19が1/2回転するように設けられているため、クランク軸23が1回転すると第1、第2プランジャ32a、32bが1往復するようになっている。
また、第1、第2プランジャ32a、32bの対向中心である第1、第2加圧室26a、26bは、第1、第2SCV15a、15bから燃料の供給圧を受けるようになっており、第1、第2加圧室26a、26bへの燃料の供給圧によって第1、第2プランジャ32a、32bがカム面に押し付けられて、筒状カム31の回転に伴って往復駆動される。
【0021】
第1、第2吸入弁16a、16bは、第1、第2加圧室26a、26bで加圧された高圧燃料が第1、第2SCV15a、15bに逆流するのを防ぐ逆止弁であり、第1、第2吐出弁18a、18bは、サプライポンプ4から吐出された高圧燃料がサプライポンプ4内に逆流するのを防ぐ逆止弁である。
【0022】
サプライポンプ4の作動を図3のタイムチャートを参照して説明する。
カムシャフト19の回転を受けて筒状カム31が回転すると、筒状カム31の内周面に形成されたカム面の拡径(カムリフト下降)と縮径(カムリフト上昇)の繰り返しによって第1、第2プランジャ32a、32bが交互に往復動する。第1、第2プランジャ32a、32bのカムリフトの具体的な変化を図3に示す。なお、図3では、第1プランジャ32aのカムリフトの変化を圧送系1カムリフトとして示し、第2プランジャ32bのカムリフトの変化を圧送系2カムリフトとして示している。
【0023】
第1プランジャポンプ17aの吸入動作時(カムリフト下降時)に、ECU5によって第1SCV15aが適切な時間ON(図3中、圧送系1駆動パルスのHi信号)されると、第1加圧室26aに第1SCV15aのON時間(開弁時間)に応じた燃料が供給され、2つの第1プランジャ32aが互いに径方向に離間する。続いて、第1プランジャポンプ17aの圧送動作時(カムリフト上昇時)は、第1加圧室26aの圧力が上昇して第1吸入弁16aが閉弁する。そして、第1加圧室26aで加圧された圧力が所定圧力に達すると第1吐出弁18aが開弁して第1加圧室26aで加圧された高圧燃料がコモンレール2へ向けて供給される。この結果、コモンレール圧が、図3の第1圧送範囲Aに示すように上昇する。その後、第1プランジャポンプ17aは、再び第1プランジャ32aの吸入動作を開始する。
【0024】
一方、第2プランジャポンプ17bは、第1プランジャポンプ17aに対して、作動位相が180度ずれたタイミングで吸入動作と圧送動作を行う。つまり、第1プランジャポンプ17aが吸入動作から圧送動作に切り替わる際に、第2プランジャポンプ17bが吸入動作を開始し、第1プランジャポンプ17aが圧送動作から吸入動作に切り替わる際に、第2プランジャポンプ17bが圧送動作を開始する。
【0025】
この第2プランジャポンプ17bの吸入動作時(カムリフト下降時)に、ECU5によって第2SCV15bが適切な時間ON(図3中、圧送系2駆動パルスのHi信号)されると、第2加圧室26bに第2SCV15bのON時間(開弁時間)に応じた燃料が供給され、2つの第2プランジャ32bが互いに径方向に離間する。
続いて、第2プランジャポンプ17bの圧送動作時(カムリフト上昇時)は、第2加圧室26bの圧力が上昇して第2吸入弁16bが閉弁する。そして、第2加圧室26bで加圧された圧力が所定圧力に達すると第2吐出弁18bが開弁して第2加圧室26bで加圧された高圧燃料がコモンレール2へ向けて供給される。この結果、コモンレール圧が、図3の第2圧送範囲Bに示すように上昇する。その後、第2プランジャポンプ17bは、再び第2プランジャ32bの吸入動作を開始する。
【0026】
ECU5は、CPU、RAM、ROM等(図示しない)を搭載しており、ROMに記憶されたプログラムと、RAMに読み込まれたセンサ類の信号(車両の運転状態や車両走行状態に応じた信号)とに基づいて各種の演算処理を行う。
【0027】
このECU5には、車両の運転状態等を検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ41、エンジン回転数パルス(図3中のNEパルス)を検出する回転数センサ42、エンジン1の冷却水温度を検出する水温センサ43、エンジン1に吸入される吸気温度を検出する吸気温度センサ44、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ45(コモンレール圧検出手段に相当する)、インジェクタ3からのリーク燃料温度を検出する燃料温度センサ46およびその他のセンサ類47が接続されている。
【0028】
ECU5は、CPUで求めたインジェクタ指令値に応じてインジェクタ3の電磁弁にON−OFF制御のための駆動電流(図3中のINJ駆動電流)を与えるインジェクタ駆動回路(図示しない)を制御するとともに、CPUで求めたSCV指令値に応じて第1、第2SCV15a、15bに開弁制御のための駆動電流(図3中の圧送系1駆動パルスおよび圧送系2駆動パルス)を与えるSCV駆動回路(図示しない)を制御するものである。
【0029】
また、ECU5は、CPUで求めた指令値に応じて、EGR用アクチュエータ(図示せず)、吸気スロットル(図示せず)、可変ノズルターボ(図示せず)等のアクチュエータ類に駆動電流を与えるものであるエンジン制御用アクチュエータ駆動回路(図示しない)や、警告ランプ等の表示手段(図示しない)を制御するものである。
【0030】
[実施例の特徴]
上記サプライポンプ4の作動で示したように、サプライポンプ4は、運転中、第1圧送範囲Aによるコモンレール圧の上昇と、第2圧送範囲Bによるコモンレール圧の上昇とが、交互に発生する。
ここで、図3の破線αで示されるように、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系のいずれか一方に不具合が発生し、一方が圧送不良を発生すると、従来技術の項でも説明したように、コモンレール圧が低下することとなり、燃料漏れと誤判断する可能性がある。
【0031】
そこで、この実施例のECU5は、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系のいずれか一方に不具合が発生した場合に、その不具合が発生した箇所を特定して検出する異常検出手段がプログラムされている。
この異常検出のためのプログラムは、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 との差圧が、予め設定された所定値を上回る時に、圧力の低い側に圧送異常がある旨を検出するものであり、その圧送異常を検出する制御を図4のフローチャートを参照して説明する。
【0032】
エンジン1の運転が開始されると(スタート)、先ずエンジン1が安定状態であるか否かを判断する(ステップS1 )。これは、本来コモンレール圧が所定圧以上に上昇している時期でなければ差圧(P1 −P2 )の比較ができないため、例えばエンジン1の始動後において、コモンレール圧が所定圧に達する時間まで経過しているか否かを判断する。この判断結果がNOの場合はステップS1 へ戻る。
【0033】
ステップS1 の判断結果がYES の場合は、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 をコモンレール圧センサ45から読み取る(ステップS2 )。続いて、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 が読み取られており、且つコモンレール圧P2 が読み取られておれば、コモンレール圧P2 からコモンレール圧P1 を減算し、その差圧(P2 −P1 )が所定値(図4中は一定値)を上回るか否かを判断する(ステップS3 )。
【0034】
このステップS3 の判断結果がYES の場合は、第1燃料圧送系に圧送不良が発生している場合であるため、第1燃料圧送系に圧送不良が発生している旨(図4中は圧送系1異常)を検出し(ステップS4 )、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
【0035】
ステップS3 の判断結果がNOの場合、つまり第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 が読み取られていない場合か、第1燃料圧送系に圧送不良が生じていない場合は、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 をコモンレール圧センサ45から読み取る(ステップS5 )。続いて、コモンレール圧P1 からコモンレール圧P2 を減算し、その差圧(P1 −P2 )が所定値(図4中は一定値)を上回るか否かを判断する(ステップS6 )。このステップS6 の判断結果がNOの場合は、第1、第2燃料圧送系に圧送不良が生じていない場合であり、圧送不良をモニターするためにステップS2 へ戻る。
【0036】
ステップS6 の判断結果がYES の場合は、第2燃料圧送系に圧送不良が発生している場合であるため、第2燃料圧送系に圧送不良が発生している旨(図4中は圧送系2異常)を検出し(ステップS7 )、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
【0037】
ここで、上述したように、エンジン1のクランク軸23に同期してサプライポンプ4の第1、第2プランジャポンプ17a、17bが作動するものである。このため、この実施例では、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時(コモンレール圧P1 、P2 を読み取るタイミング)は、回転数センサ42の出力するエンジン回転数パルス(NEパルス)に基づいて設定している。
なお、図3に示されるように、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時は、第1、第2SCV15a、15bがONされるタイミング(燃料吸入の開始時期)であるため、第1、第2SCV15a、15bの開弁を行うタイミング(図3中、圧送系1駆動パルスおよび圧送系2駆動パルスがHiに切り替わるタイミング)に基づいて、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時(コモンレール圧P1 、P2 の読み取るタイミング)を設定しても良い。
【0038】
一方、ECU5の異常検出手段が、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系の圧送異常を検出した際、ECU5は、警告ランプ(表示手段の一例に相当する:図示しない)を点灯させ、乗員にサプライポンプ4の燃料圧送系に異常が発生した旨の表示を行うとともに、インジェクタ3の最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御(所謂、フルQガード)を行う。
【0039】
以上に示したように、この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 とを比較し、その差圧がコモンレール圧P1 の方が所定値以上に上回る時は、第2燃料圧送系に圧送異常がある旨を検出し、コモンレール圧P2 の方が所定値以上に上回る時は、第1燃料圧送系に圧送異常がある旨を検出する。
つまり、サプライポンプ4に搭載された第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常があることを検出することができるため、従来技術のようにコモンレール圧の低下を燃料漏れと誤判断する不具合がなく、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【0040】
具体的には、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じてコモンレール圧が低下した状態の時には、燃料漏れではなく、サプライポンプ4における燃料圧送系に圧送異常が生じたことを乗員が知ることができるとともに、フル噴射量ガード制御によってインジェクタ3から噴射される最大噴射量が抑えられ、スモークの発生を抑制して安定走行することが可能になる。
【0041】
[変形例]
上記の実施例で開示したサプライポンプ4は、実施例を説明する一例であって、例えば図5に示すサプライポンプ4を搭載したコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
ここで図5に示すサプライポンプ4を簡単に説明する。なお、実施例のサプライポンプ4と同一機能物は同一符号を附して説明を省略する。
【0042】
図5のサプライポンプ4に搭載される第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、カムシャフト19のエキセンカム51の周囲に装着されたカムリング52にスプリング53によって押し付けられるものであり、カムシャフト19が回転するとカムリング52の偏心動作に伴って第1、第2プランジャ32a、32bが往復動し、第1、第2加圧室26a、26bが燃料の吸入と圧送を交互に行うものである。また、このサプライポンプ4は、共通化したSCV15および吐出弁18を用いたものであり、フィードポンプ12としてトロコイドポンプを採用したものである。
【0043】
上記の実施例では、コモンレール圧をコモンレール2に設けたコモンレール圧センサ45によって検出する例を示したが、コモンレール圧センサ45を燃料配管6に設けて燃料配管6内のコモンレール圧を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、インジェクタ3の作動時にリーク燃料が発生するタイプを例に示したが、インジェクタ3に搭載されたリニアソレノイドが直接ニードルを駆動してリーク燃料を発生しないタイプのコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である(実施例)。
【図2】サプライポンプの断面図である(実施例)。
【図3】作動説明のためのタイムチャートである(実施例)。
【図4】圧送異常を検出するフローチャートである(実施例)。
【図5】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である(変形例)。
【符号の説明】
2 コモンレール
3 インジェクタ
4 サプライポンプ
5 ECU(異常検出手段が搭載されたエンジンコントロールユニット)
6 燃料配管(高圧燃料流路)
15 SCV(電磁調量弁)
15a 第1SCV(電磁調量弁)
15b 第2SCV(電磁調量弁)
42 回転数センサ
45 コモンレール圧センサ(コモンレール圧検出手段)
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールに高圧燃料を圧送する燃料圧送系を複数有するサプライポンプを搭載したコモンレール式燃料噴射システムに関する。
なお、本発明で言うところの燃料圧送系とは、サプライポンプにおいて燃料圧送手段(高圧ポンプ)を複数有し、サプライポンプにおいてその複数の燃料圧送手段のそれぞれに燃料を分岐して供給する部分から、複数の燃料圧送手段で圧送された燃料を合流するまでの機能的部位および燃料通路を指すものである。
【0002】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射システムは、サプライポンプからコモンレールに高圧燃料を供給し、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタから噴射する構成となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
コモンレール式燃料噴射システムに故障が発生してコモンレール圧が低下すると、インジェクタの噴射圧が低下して内燃機関の燃焼状態が悪化するため、スモーク発生の原因となる。
コモンレール圧は、コモンレール圧センサによってモニターされているため、コモンレール圧の低下は検出することができる。しかし、コモンレール圧の低下の原因が判断できないため、燃料漏れの可能性を考慮して燃料漏れ時に対応した制御を行う。
つまり、サプライポンプに搭載された複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生し、異常発生の表示のみで走行可能な場合や、最大噴射量をガードする制御で走行可能な場合であっても、燃料漏れと誤判断し、燃料漏れに対応した制御(走行停止、リンプモ−ド走行等)を実施する可能性がある。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サプライポンプに搭載された複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生した場合においてその異常を検出することができ、燃料漏れと誤判断することのないコモンレール式燃料噴射システムの提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1の手段〕
請求項1の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、コモンレール圧検出手段を用い検出する複数の燃料圧送系における各圧送完了時のコモンレール圧の差圧が所定値を上回る時に、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出する。
このため、燃料漏れと誤判断する不具合がなく、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【0006】
〔請求項2の手段〕
請求項2の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、乗員に燃料圧送系に異常が発生した旨の表示を行う表示手段を作動させる。
これによって、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生してコモンレール圧が低下した状態の時に、燃料漏れではなく、燃料圧送系に圧送異常が生じたことを乗員が知ることができる。
【0007】
〔請求項3の手段〕
請求項3の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、インジェクタの最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御を行う。
これによって、複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常が発生してコモンレール圧が低下した状態の時に、内燃機関に噴射される最大噴射量が抑えられることとなり、スモークの発生を抑制できる。
【0008】
〔請求項4の手段〕
請求項4の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出を、エンジン回転数パルスに基づいて行うものである。
【0009】
〔請求項5の手段〕
請求項5の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出を、電磁調量弁の開弁を行う駆動パルスに基づいて行うものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
[実施例の構成]
実施例を図1〜図4を参照して説明する。まず、コモンレール式燃料噴射システムの構成を図1を参照して説明する。
【0011】
コモンレール式燃料噴射システムは、例えばディーゼルエンジン(以下、エンジン)1に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール2、インジェクタ3、サプライポンプ4、ECU5(エンジンコントロールユニットの略)等から構成される。
【0012】
コモンレール2は、インジェクタ3に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように燃料配管(高圧燃料流路)6を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ4の吐出口と接続されている。
なお、インジェクタ3からのリーク燃料は、リーク配管(燃料還流路)7を経て燃料タンク8に戻される。
また、コモンレール2から燃料タンク8へのリリーフ配管(燃料還流路)9には、プレッシャリミッタ11が取り付けられている。このプレッシャリミッタ11は圧力安全弁であり、コモンレール2内の燃料圧が限界設定圧を越えた際に開弁して、コモンレール2の燃料圧を限界設定圧以下に抑える。
【0013】
インジェクタ3は、エンジン1の各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール2より分岐する複数の分岐管の下流端に接続されて、コモンレール2に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行う電磁弁等を搭載する。
そして、インジェクタ3の電磁弁は、ECU5から与えられる駆動電流によって噴射タイミングおよび噴射量が制御されるものであり、電磁弁の通電(ON)により高圧燃料を気筒内に噴射供給し、電磁弁の通電停止(OFF )により燃料噴射を停止するものである。
【0014】
サプライポンプ4を図2を参照して説明する。
このサプライポンプ4は、コモンレール2へ高圧燃料を圧送する燃料圧送系を2系統搭載する複数圧送タイプの燃料ポンプであり、フィードポンプ12(図中では90°展開した状態で開示される)、レギュレータバルブ13、および第1、第2燃料圧送系を備える。
この実施例の第1、第2燃料圧送系は、それぞれに第1、第2電磁調量弁(以下、第1、第2SCV)15a、15b、第1、第2吸入弁16a、16b、第1、第2プランジャポンプ17a、17b、第1、第2吐出弁18a、18bを備える。
【0015】
フィードポンプ12は、燃料タンク8から燃料を吸引して第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ送る低圧供給ポンプであり、カムシャフト19によって回転駆動されるベーンポンプによって構成される。このフィードポンプ12が駆動されると、燃料入口21から吸引されてフィルタ22を通過した燃料が第1、第2SCV15a、15bおよび第1、第2吸入弁16a、16bを介して第1、第2プランジャポンプ17a、17bに供給される。
なお、カムシャフト19はポンプ駆動軸であり、図1に示されるように、エンジン1のクランク軸23によって回転駆動されるものである。
【0016】
レギュレータバルブ13は、フィードポンプ12の吐出側と供給側とを連通する燃料流路24に配置されて、フィードポンプ12の吐出圧が所定圧に上昇すると開弁して、フィードポンプ12の吐出圧が所定圧を越えないようにするものである。
【0017】
第1、第2SCV15a、15bは、フィードポンプ12から第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ燃料を導く第1、第2燃料通路25a、25bに配置されて、第1、第2プランジャポンプ17a、17bの第1、第2加圧室26a、26b(第1、第2プランジャ室)に吸入される燃料の吸入量を調整して、第1、第2プランジャポンプ17a、17bの圧送する燃料の吐出量を調整し、コモンレール圧を変更および調整するものである。
【0018】
この第1、第2SCV15a、15bは、フィードポンプ12から第1、第2プランジャポンプ17a、17bへ燃料を導く流路の開度を変更する第1、第2バルブ27a、27bと、ECU5から与えられる駆動電流によって第1、第2バルブ27a、27bの弁開度を調整するための第1、第2リニヤソレノイド28a、28bとを有するものであり、この実施例では第1、第2リニヤソレノイド28a、28bが通電されると弁開度が全開状態(第1、第2加圧室26a、26bへ燃料が吸引される状態)となるノーマリクローズタイプのものを採用している。第1、第2SCV15a、15bの具体的なON−OFF動作を、図3に示す。
【0019】
第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、第1、第2SCV15a、15bから供給された燃料を高圧に圧縮して吐出する対向ストローク型の高圧ポンプであり、第1プランジャポンプ17aと第2プランジャポンプ17bとが交互に燃料の圧送を行うものである。
この第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、カムシャフト19によって回転駆動される略円筒形状を呈した筒状カム31と、この筒状カム31の内周面に形成された拡径と縮径を連続的に繰り返すカム面に押し付けられて往復駆動される第1、第2プランジャ32a、32bとを備える。
【0020】
筒状カム31の内周面に形成されたカム面は、筒状カム31が1回転することで第1、第2プランジャ32a、32bを2往復させるものであり、クランク軸23の1回転に対してカムシャフト19が1/2回転するように設けられているため、クランク軸23が1回転すると第1、第2プランジャ32a、32bが1往復するようになっている。
また、第1、第2プランジャ32a、32bの対向中心である第1、第2加圧室26a、26bは、第1、第2SCV15a、15bから燃料の供給圧を受けるようになっており、第1、第2加圧室26a、26bへの燃料の供給圧によって第1、第2プランジャ32a、32bがカム面に押し付けられて、筒状カム31の回転に伴って往復駆動される。
【0021】
第1、第2吸入弁16a、16bは、第1、第2加圧室26a、26bで加圧された高圧燃料が第1、第2SCV15a、15bに逆流するのを防ぐ逆止弁であり、第1、第2吐出弁18a、18bは、サプライポンプ4から吐出された高圧燃料がサプライポンプ4内に逆流するのを防ぐ逆止弁である。
【0022】
サプライポンプ4の作動を図3のタイムチャートを参照して説明する。
カムシャフト19の回転を受けて筒状カム31が回転すると、筒状カム31の内周面に形成されたカム面の拡径(カムリフト下降)と縮径(カムリフト上昇)の繰り返しによって第1、第2プランジャ32a、32bが交互に往復動する。第1、第2プランジャ32a、32bのカムリフトの具体的な変化を図3に示す。なお、図3では、第1プランジャ32aのカムリフトの変化を圧送系1カムリフトとして示し、第2プランジャ32bのカムリフトの変化を圧送系2カムリフトとして示している。
【0023】
第1プランジャポンプ17aの吸入動作時(カムリフト下降時)に、ECU5によって第1SCV15aが適切な時間ON(図3中、圧送系1駆動パルスのHi信号)されると、第1加圧室26aに第1SCV15aのON時間(開弁時間)に応じた燃料が供給され、2つの第1プランジャ32aが互いに径方向に離間する。続いて、第1プランジャポンプ17aの圧送動作時(カムリフト上昇時)は、第1加圧室26aの圧力が上昇して第1吸入弁16aが閉弁する。そして、第1加圧室26aで加圧された圧力が所定圧力に達すると第1吐出弁18aが開弁して第1加圧室26aで加圧された高圧燃料がコモンレール2へ向けて供給される。この結果、コモンレール圧が、図3の第1圧送範囲Aに示すように上昇する。その後、第1プランジャポンプ17aは、再び第1プランジャ32aの吸入動作を開始する。
【0024】
一方、第2プランジャポンプ17bは、第1プランジャポンプ17aに対して、作動位相が180度ずれたタイミングで吸入動作と圧送動作を行う。つまり、第1プランジャポンプ17aが吸入動作から圧送動作に切り替わる際に、第2プランジャポンプ17bが吸入動作を開始し、第1プランジャポンプ17aが圧送動作から吸入動作に切り替わる際に、第2プランジャポンプ17bが圧送動作を開始する。
【0025】
この第2プランジャポンプ17bの吸入動作時(カムリフト下降時)に、ECU5によって第2SCV15bが適切な時間ON(図3中、圧送系2駆動パルスのHi信号)されると、第2加圧室26bに第2SCV15bのON時間(開弁時間)に応じた燃料が供給され、2つの第2プランジャ32bが互いに径方向に離間する。
続いて、第2プランジャポンプ17bの圧送動作時(カムリフト上昇時)は、第2加圧室26bの圧力が上昇して第2吸入弁16bが閉弁する。そして、第2加圧室26bで加圧された圧力が所定圧力に達すると第2吐出弁18bが開弁して第2加圧室26bで加圧された高圧燃料がコモンレール2へ向けて供給される。この結果、コモンレール圧が、図3の第2圧送範囲Bに示すように上昇する。その後、第2プランジャポンプ17bは、再び第2プランジャ32bの吸入動作を開始する。
【0026】
ECU5は、CPU、RAM、ROM等(図示しない)を搭載しており、ROMに記憶されたプログラムと、RAMに読み込まれたセンサ類の信号(車両の運転状態や車両走行状態に応じた信号)とに基づいて各種の演算処理を行う。
【0027】
このECU5には、車両の運転状態等を検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ41、エンジン回転数パルス(図3中のNEパルス)を検出する回転数センサ42、エンジン1の冷却水温度を検出する水温センサ43、エンジン1に吸入される吸気温度を検出する吸気温度センサ44、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ45(コモンレール圧検出手段に相当する)、インジェクタ3からのリーク燃料温度を検出する燃料温度センサ46およびその他のセンサ類47が接続されている。
【0028】
ECU5は、CPUで求めたインジェクタ指令値に応じてインジェクタ3の電磁弁にON−OFF制御のための駆動電流(図3中のINJ駆動電流)を与えるインジェクタ駆動回路(図示しない)を制御するとともに、CPUで求めたSCV指令値に応じて第1、第2SCV15a、15bに開弁制御のための駆動電流(図3中の圧送系1駆動パルスおよび圧送系2駆動パルス)を与えるSCV駆動回路(図示しない)を制御するものである。
【0029】
また、ECU5は、CPUで求めた指令値に応じて、EGR用アクチュエータ(図示せず)、吸気スロットル(図示せず)、可変ノズルターボ(図示せず)等のアクチュエータ類に駆動電流を与えるものであるエンジン制御用アクチュエータ駆動回路(図示しない)や、警告ランプ等の表示手段(図示しない)を制御するものである。
【0030】
[実施例の特徴]
上記サプライポンプ4の作動で示したように、サプライポンプ4は、運転中、第1圧送範囲Aによるコモンレール圧の上昇と、第2圧送範囲Bによるコモンレール圧の上昇とが、交互に発生する。
ここで、図3の破線αで示されるように、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系のいずれか一方に不具合が発生し、一方が圧送不良を発生すると、従来技術の項でも説明したように、コモンレール圧が低下することとなり、燃料漏れと誤判断する可能性がある。
【0031】
そこで、この実施例のECU5は、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系のいずれか一方に不具合が発生した場合に、その不具合が発生した箇所を特定して検出する異常検出手段がプログラムされている。
この異常検出のためのプログラムは、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 との差圧が、予め設定された所定値を上回る時に、圧力の低い側に圧送異常がある旨を検出するものであり、その圧送異常を検出する制御を図4のフローチャートを参照して説明する。
【0032】
エンジン1の運転が開始されると(スタート)、先ずエンジン1が安定状態であるか否かを判断する(ステップS1 )。これは、本来コモンレール圧が所定圧以上に上昇している時期でなければ差圧(P1 −P2 )の比較ができないため、例えばエンジン1の始動後において、コモンレール圧が所定圧に達する時間まで経過しているか否かを判断する。この判断結果がNOの場合はステップS1 へ戻る。
【0033】
ステップS1 の判断結果がYES の場合は、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 をコモンレール圧センサ45から読み取る(ステップS2 )。続いて、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 が読み取られており、且つコモンレール圧P2 が読み取られておれば、コモンレール圧P2 からコモンレール圧P1 を減算し、その差圧(P2 −P1 )が所定値(図4中は一定値)を上回るか否かを判断する(ステップS3 )。
【0034】
このステップS3 の判断結果がYES の場合は、第1燃料圧送系に圧送不良が発生している場合であるため、第1燃料圧送系に圧送不良が発生している旨(図4中は圧送系1異常)を検出し(ステップS4 )、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
【0035】
ステップS3 の判断結果がNOの場合、つまり第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 が読み取られていない場合か、第1燃料圧送系に圧送不良が生じていない場合は、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 をコモンレール圧センサ45から読み取る(ステップS5 )。続いて、コモンレール圧P1 からコモンレール圧P2 を減算し、その差圧(P1 −P2 )が所定値(図4中は一定値)を上回るか否かを判断する(ステップS6 )。このステップS6 の判断結果がNOの場合は、第1、第2燃料圧送系に圧送不良が生じていない場合であり、圧送不良をモニターするためにステップS2 へ戻る。
【0036】
ステップS6 の判断結果がYES の場合は、第2燃料圧送系に圧送不良が発生している場合であるため、第2燃料圧送系に圧送不良が発生している旨(図4中は圧送系2異常)を検出し(ステップS7 )、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
【0037】
ここで、上述したように、エンジン1のクランク軸23に同期してサプライポンプ4の第1、第2プランジャポンプ17a、17bが作動するものである。このため、この実施例では、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時(コモンレール圧P1 、P2 を読み取るタイミング)は、回転数センサ42の出力するエンジン回転数パルス(NEパルス)に基づいて設定している。
なお、図3に示されるように、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時は、第1、第2SCV15a、15bがONされるタイミング(燃料吸入の開始時期)であるため、第1、第2SCV15a、15bの開弁を行うタイミング(図3中、圧送系1駆動パルスおよび圧送系2駆動パルスがHiに切り替わるタイミング)に基づいて、第1、第2燃料圧送系の圧送完了時(コモンレール圧P1 、P2 の読み取るタイミング)を設定しても良い。
【0038】
一方、ECU5の異常検出手段が、第1燃料圧送系あるいは第2燃料圧送系の圧送異常を検出した際、ECU5は、警告ランプ(表示手段の一例に相当する:図示しない)を点灯させ、乗員にサプライポンプ4の燃料圧送系に異常が発生した旨の表示を行うとともに、インジェクタ3の最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御(所謂、フルQガード)を行う。
【0039】
以上に示したように、この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、第1燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P1 と、第2燃料圧送系の圧送完了時のコモンレール圧P2 とを比較し、その差圧がコモンレール圧P1 の方が所定値以上に上回る時は、第2燃料圧送系に圧送異常がある旨を検出し、コモンレール圧P2 の方が所定値以上に上回る時は、第1燃料圧送系に圧送異常がある旨を検出する。
つまり、サプライポンプ4に搭載された第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常があることを検出することができるため、従来技術のようにコモンレール圧の低下を燃料漏れと誤判断する不具合がなく、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じた状態に応じた運転制御を実施できる。
【0040】
具体的には、第1、第2燃料圧送系の一方に圧送異常が生じてコモンレール圧が低下した状態の時には、燃料漏れではなく、サプライポンプ4における燃料圧送系に圧送異常が生じたことを乗員が知ることができるとともに、フル噴射量ガード制御によってインジェクタ3から噴射される最大噴射量が抑えられ、スモークの発生を抑制して安定走行することが可能になる。
【0041】
[変形例]
上記の実施例で開示したサプライポンプ4は、実施例を説明する一例であって、例えば図5に示すサプライポンプ4を搭載したコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
ここで図5に示すサプライポンプ4を簡単に説明する。なお、実施例のサプライポンプ4と同一機能物は同一符号を附して説明を省略する。
【0042】
図5のサプライポンプ4に搭載される第1、第2プランジャポンプ17a、17bは、カムシャフト19のエキセンカム51の周囲に装着されたカムリング52にスプリング53によって押し付けられるものであり、カムシャフト19が回転するとカムリング52の偏心動作に伴って第1、第2プランジャ32a、32bが往復動し、第1、第2加圧室26a、26bが燃料の吸入と圧送を交互に行うものである。また、このサプライポンプ4は、共通化したSCV15および吐出弁18を用いたものであり、フィードポンプ12としてトロコイドポンプを採用したものである。
【0043】
上記の実施例では、コモンレール圧をコモンレール2に設けたコモンレール圧センサ45によって検出する例を示したが、コモンレール圧センサ45を燃料配管6に設けて燃料配管6内のコモンレール圧を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、インジェクタ3の作動時にリーク燃料が発生するタイプを例に示したが、インジェクタ3に搭載されたリニアソレノイドが直接ニードルを駆動してリーク燃料を発生しないタイプのコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である(実施例)。
【図2】サプライポンプの断面図である(実施例)。
【図3】作動説明のためのタイムチャートである(実施例)。
【図4】圧送異常を検出するフローチャートである(実施例)。
【図5】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である(変形例)。
【符号の説明】
2 コモンレール
3 インジェクタ
4 サプライポンプ
5 ECU(異常検出手段が搭載されたエンジンコントロールユニット)
6 燃料配管(高圧燃料流路)
15 SCV(電磁調量弁)
15a 第1SCV(電磁調量弁)
15b 第2SCV(電磁調量弁)
42 回転数センサ
45 コモンレール圧センサ(コモンレール圧検出手段)
Claims (5)
- 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄圧された高圧燃料を噴射するインジェクタと、
前記コモンレールに高圧燃料を圧送する燃料圧送系を複数有するサプライポンプと、
前記コモンレールに蓄えられるコモンレール圧、あるいは前記サプライポンプから前記コモンレールに至る高圧燃料流路におけるコモンレール圧を検出するコモンレール圧検出手段と、
このコモンレール圧検出手段を用い検出する前記複数の燃料圧送系における各圧送完了時のコモンレール圧の差圧が所定値を上回る時に、前記複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出する異常検出手段と、
を備えるコモンレール式燃料噴射システム。 - 請求項1に記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記異常検出手段は、
前記インジェクタの噴射時期および噴射量を制御するとともに、前記サプライポンプの吐出量を制御することによってコモンレール圧を制御するエンジンコントロールユニットに搭載されるものであり、
このエンジンコントロールユニットは、前記異常検出手段が前記複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、乗員に前記サプライポンプの燃料圧送系に異常が発生した旨の表示を行う表示手段を作動させることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 請求項1に記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記異常検出手段は、
前記インジェクタの噴射時期および噴射量を制御するとともに、前記サプライポンプの吐出量を制御することによってコモンレール圧を制御するエンジンコントロールユニットに搭載されるものであり、
このエンジンコントロールユニットは、前記異常検出手段が前記複数の燃料圧送系のうちのいずれかに圧送異常がある旨を検出した際に、前記インジェクタの最大噴射量を抑制するフル噴射量ガード制御を行うことを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出は、エンジンの回転数を検出する回転数センサの出力するエンジン回転数パルスに基づいて行われることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記サプライポンプは、前記複数の燃料圧送系に吸引される燃料の吸引量を調整する電磁調量弁を備え、
前記複数の燃料圧送系の各圧送完了時における圧力の検出は、前記電磁調量弁の開弁を行う駆動パルスに基づいて行われることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。
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